[發(fā)明專利]利用三點(diǎn)尋峰算法處理FBG傳感信號(hào)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310476140.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN103487074A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳勇;王坤;劉煥淋;陳麗娟;楊雪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/26
• 分類號(hào): G01D5/26
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖傳感的信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種尋峰流程，提出三點(diǎn)尋峰算法用于處理FBG傳感信號(hào)。

背景技術(shù)

波長(zhǎng)編碼的光纖光柵(Fiber?Bragg?grating,FBG)傳感器具有體積小、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、不受電磁干擾、可靠性高和可埋入智能結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于航空航天、艦船工業(yè)、土木工程、石化工業(yè)、核工業(yè)及醫(yī)學(xué)工程等各種領(lǐng)域。光纖光柵傳感器主要是通過觀測(cè)布喇格波長(zhǎng)漂移來(lái)判斷待測(cè)量的變化，而布喇格波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)反射譜的峰值位置，因此準(zhǔn)確尋峰，對(duì)于提高觀測(cè)精度至關(guān)重要。

目前的尋峰算法主要有直接尋峰法、質(zhì)心法、高斯擬合法、一般多項(xiàng)式法、高斯-多項(xiàng)式法、基于徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法以及蟻群算法。其中，直接尋峰法適合曲線光滑的情況，當(dāng)光譜波動(dòng)大且含有一定量的噪聲時(shí)，此方法尋峰精度很低；一般多項(xiàng)式擬合方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但是尋峰準(zhǔn)確度有限；高斯-多項(xiàng)式擬合算法是將觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)帶入多項(xiàng)式，先計(jì)算系數(shù)，再反對(duì)數(shù)變換，介于高斯擬合算法和一般多項(xiàng)式算法之間，但是此方法擬合曲線過分依賴觀測(cè)數(shù)據(jù)，抗噪性能差，且如果峰值不在觀測(cè)點(diǎn)內(nèi)，峰值誤差較大。基于徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)算法及遺傳算法等優(yōu)化方法雖然可以提高尋峰準(zhǔn)確度，但是需要較長(zhǎng)的訓(xùn)練時(shí)間以確定參數(shù)中參量，不適合實(shí)時(shí)運(yùn)算；蟻群算法計(jì)算開銷大，求解速度慢。FBG傳感器常采用高斯切趾的均勻光纖光柵，其反射譜近似為高斯型，通常采用高斯擬合算法對(duì)FBG進(jìn)行峰值檢測(cè)，能夠得到較好的尋峰精度。文獻(xiàn)證明，高斯擬合方法簡(jiǎn)單，抗噪性能好，且當(dāng)波長(zhǎng)分辨率、信噪比變化時(shí)，誤差變化較小。

為了提高尋峰精度，有學(xué)者提出非均勻采樣方法確定數(shù)據(jù)采樣間隔，并結(jié)合高斯擬合對(duì)FBG尋峰，峰值誤差提高，但此方法受采樣點(diǎn)數(shù)的限制。還有文獻(xiàn)提出求導(dǎo)方法確定窗口大小，然后結(jié)合高斯擬合尋峰，精度有所提高，但是這些方法處理數(shù)據(jù)多，采樣間隔小，對(duì)器件的要求高。

達(dá)到一定的尋峰精度的同時(shí)，需要考慮到解調(diào)的實(shí)時(shí)性，實(shí)時(shí)性主要體現(xiàn)在處理數(shù)據(jù)的速度，傳統(tǒng)方法中，解調(diào)精度越高，需要處理的數(shù)據(jù)越多，這在一定程度上影響了實(shí)時(shí)性，因此本發(fā)明從減少處理數(shù)據(jù)著手，在達(dá)到一定的精度的同時(shí)，處理速度快。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種三點(diǎn)尋峰算法處理FBG信號(hào)的方法，克服其他方法存在的不足，提出利用稀疏光譜數(shù)據(jù)處理FBG傳感信號(hào)，并提出一套光譜處理流程，以獲得高尋峰精度，該方法處理數(shù)據(jù)少，精度高，可以提高FBG光譜信號(hào)的解調(diào)精度。

本發(fā)明提出的三點(diǎn)尋峰算法思想如下：

FBG光譜可用式(1)近似表示：

I(λ)=Aexp[-4ln2(λ-λBΔλB)2]---(1)]]>

其中，λ為FBG波長(zhǎng)，λ_B為FBG中心波長(zhǎng)，Δλ_B為3dB帶寬，A反射譜的幅值。對(duì)式(1)兩邊取對(duì)數(shù)可得：